本发明涉及精密制造技术领域，尤其涉及一种立式主轴加工装置。
背景技术：
精密机床是装备制造业的关键制造母机，关系到装备制造生产连的关键环节和基础实力，然而，这些精密机床的结构精度设计和精度保持是精密机床制造的核心难题，如何便捷高效地实现精密机床的精度稳定性设计成为迫切内容，目前常用的精密机床结构设计方法主要集中在静态高刚性设计、重心驱动以及结构轻量化设计等方法，并且获得了广泛应用，但是这些方式仍旧存在以下问题：
(1)针对不同的机床结构系列，传统的结构精度优化设计不能有效解决机床精度的稳定性问题。
(2)针对立式加工中心等悬臂式机床结构，很难实现有效地精度提高和高刚性结构精度优化设计。
技术实现要素：
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是解决现有的机床精度结构不能有效、便捷地保证立式加工中心的精度稳定性的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种立式主轴加工装置，包括主轴加工组件、立柱和回滞力矩补偿结构，所述主轴加工组件设置于所述立柱上且可沿竖直方向移动，所述回滞力矩补偿结构包括配重块、配重带和第一定滑轮，所述第一定滑轮设置于所述立柱的顶部，所述配重带一端固定于所述主轴加工组件上，另一端绕过所述第一定滑轮与所述配重块连接。
其中，所述配重带与所述主轴加工组件的连接点与所述主轴加工组件的重心重合。
其中，所述配重块在所述主轴加工组件的带动下沿竖直方向移动。
其中，所述立柱上沿竖直方向设有导轨，所述主轴加工组件与所述导轨连接并可沿所述导轨移动。
其中，所述主轴加工组件包括主轴箱和主轴，所述主轴与所述主轴箱连接，且所述主轴的下表面设有刀具，所述配重带与所述主轴箱连接。
其中，所述主轴加工组件的回滞力矩平衡方程在空载状态下为ml1+gδh1＝gl1；所述主轴加工组件的回滞力矩平衡方程在加工状态下为ml1+flf+gδh1＝gl1；其中，m为所述配重块的重量，l1为所述主轴加工组件的重心至所述导轨的垂直距离，g为所述主轴加工组件的重力，δh1为所述主轴加工组件的力矩形位补偿，f为所述刀具所受的变动切削力，lf为所述变动切削力至所述导轨的垂直距离。
其中，所述回滞力矩补偿组件还包括第二定滑轮，所述第二定滑轮设置于所述主轴箱上，所述配重带依次绕过所述第一定滑轮与所述第二定滑轮与所述主轴箱连接。
其中，还包括底座，所述立柱设置于所述底座上，所述底座上表面设有放置工件的平台。
其中，所述主轴箱的两侧分别与两根所述配重带连接，且连接点为与所述主轴加工组件的重心在水平方向上重合的位置。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明的立式主轴加工装置，主轴加工组件与立柱连接，并沿立柱的竖向上下运动，实现主轴加工组件的空载和切削加工状态的运行，配重块通过配重带与主轴加工组件紧固连接形成回滞力矩补偿结构，当主轴加工组件运动时，通过配重带配合第一定滑轮带动配重块共同运动，以此实现主轴加工组件的回滞力矩补偿，减少主轴加工组件的形变位移，提高主轴加工组件的工作精度和稳定性。解决了现有的机床设备上控制精度的结构不能有效、便捷地保证立式加工中心的精度稳定性的问题。
除了上面所描述的本发明解决的技术问题、构成的技术方案的技术特征以及有这些技术方案的技术特征所带来的优点之外，本发明的其他技术特征及这些技术特征带来的优点，将结合附图作出进一步说明。
附图说明
图1是本发明实施例立式主轴加工装置在空载状态下的主视图；
图2是本发明实施例立式主轴加工装置在空载状态下的侧视图；
图3是本发明实施例立式主轴加工装置在切削状态下的主视图；
图4是本发明实施例立式主轴加工装置在切削状态下的侧视图。
图中：1：主轴加工组件；2：立柱；3：回滞力矩补偿结构；4：重心；5：刀具；6：底座；7：平台；8：工件；11：主轴箱；12：主轴；21：导轨；31：配重块；32：配重带；33：第一定滑轮；34：第二定滑轮。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上，“若干个”、“若干根”、“若干组”的含义是一个或一个以上。
如图1和图2所示，本发明实施例提供的立式主轴加工装置，包括主轴加工组件1、立柱2和回滞力矩补偿结构3，主轴加工组件1设置于立柱2上且可沿竖直方向移动，回滞力矩补偿结构3包括配重块31、配重带32和第一定滑轮33，第一定滑轮33设置于立柱2的顶部，配重带31一端固定于主轴加工组件1上，配重带31另一端绕过第一定滑轮33与配重块31连接。
本发明的立式主轴加工装置，主轴加工组件与立柱连接，并沿立柱的竖向上下运动，实现主轴加工组件的空载和切削加工状态的运行，配重块通过配重带与主轴加工组件紧固连接形成回滞力矩补偿结构，当主轴加工组件运动时，通过配重带配合第一定滑轮带动配重块共同运动，以此实现主轴加工组件的回滞力矩补偿，减少主轴加工组件的形变位移，提高主轴加工组件的工作精度和稳定性。解决了现有的机床设备上控制精度的结构不能有效、便捷地保证立式加工中心的精度稳定性的问题。
其中，配重带32与主轴加工组件1的连接点与主轴加工组件1的重心4重合。其中，配重块31在主轴加工组件1的带动下沿竖直方向移动。主轴加工组件的运动方向与配重块运动方向一致，均沿着主轴加工组件的重心所在的竖直方向，并且主轴加工组件的重心与配种带紧固在主轴加工组件的位置重合，提高了主轴箱加工组件的运行过程中高效回滞力矩精度补偿的效果。
其中，立柱2上沿竖直方向设有导轨21，主轴加工组件1与导轨21连接并可沿导轨21移动。其中，主轴加工组件1包括主轴箱11和主轴12，主轴12与主轴箱11连接，且主轴12的下表面设有刀具5，配重带32与主轴箱11连接。主轴箱可沿立柱上的竖直导轨移动，主轴箱下部设置主轴，刀具与主轴紧固连接，实现切削力对主轴箱的直接作用。
其中，如图3和图4所示，主轴加工组件1的回滞力矩平衡方程在空载状态下为ml1+gδh1＝gl1；主轴加工组件1的回滞力矩平衡方程在加工状态下为ml1+flf+gδh1＝gl1；其中，m为配重块31的重量，l1为主轴加工组件1的重心4至导轨21的垂直距离，g为主轴加工组件1的重力，δh1为主轴加工组件1的力矩形位补偿，f为刀具5所受的变动切削力，lf为变动切削力至导轨21的垂直距离。由于回滞力矩ml1始终不变，重心的驱动作用下，能够较好地实现主轴加工组件运行的抗振性能和精度稳定补偿；并且在切削加工状态下，变动切削力f造成的主轴加工组件力矩形位补偿δh1在lfg的局部范围内变动，lfg为刀具所受的变动切削力至主轴加工组件重心所在竖直方向的垂直距离，降低了回滞力矩补偿前的主轴加工组件整体位移变动。刀具和工件产生的切削力f远小于主轴加工组件重力g和配重块重量m。
其中，回滞力矩补偿组件3还包括第二定滑轮34，第二定滑轮34设置于主轴箱11上，配重带32依次绕过第一定滑轮33与第二定滑轮34与主轴箱11连接。配重带连接配重块后，依次绕过第一定滑轮和第二定滑轮再与主轴箱连接，一方面保证配种带带动配重块运动时的流畅和稳定，另一方面保证在主轴箱上重心位置连接的配种带处于竖直向上的状态。
其中，本发明立式主轴加工装置还包括底座6，立柱2设置于底座6上，底座6上表面设有放置工件8的平台7。工件与平台紧固连接，平台和立柱均与底座紧固连接，底座紧固在地面。
其中，主轴箱11的两侧分别与两根配重带32连接，且连接点为与主轴加工组件1的重心4在水平方向上重合的位置。两根配重带分被主轴箱两侧连接，保持拉力平衡。
综上所述，本发明的立式主轴加工装置，主轴加工组件与立柱连接，并沿立柱的竖向上下运动，实现主轴加工组件的空载和切削加工状态的运行，配重块通过配重带与主轴加工组件紧固连接形成回滞力矩补偿结构，当主轴加工组件运动时，通过配重带配合第一定滑轮带动配重块共同运动，以此实现主轴加工组件的回滞力矩补偿，减少主轴加工组件的形变位移，提高主轴加工组件的工作精度和稳定性。解决了现有的机床设备上控制精度的结构不能有效、便捷地保证立式加工中心的精度稳定性的问题。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。